"Die Flocken im Müsli sind oben"

10. März 2009, 18:35
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Stefan Pirker misst Strömungen von Gasen und Flüssigkeiten, die Partikel enthalten - Die Methode ist nicht nur im industriellen Umweltschutz, sondern auch in der Medizin gefragt

Mark Hammer sprach mit dem Forscher.

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STANDARD: Sie modellieren "partikuläre Strömungen" . Was genau ist das?

Pirker: Es handelt sich hier um Strömungen einer Flüssigkeit oder eines Gases mit Partikeln darin. Das ist zum Beispiel im industriellen Umweltschutz gefragt, etwa bei Feinstaubemissionen von industriellen Anlagen. Man untersucht im Experiment, wie sich Partikel bewegen und welche Modelle die Bewegung am besten erklären. Dann kann man Anlagen zur Abscheidung des Staubs effizienter gestalten.

STANDARD: Aus diesem Forschungsschwerpunkt ist ein Christian-Doppler-Labor entstanden. Können Sie von einem konkreten Projekt erzählen?

Pirker: Wir beschäftigen uns nicht nur mit Abgasreinigung, sondern auch mit der Staubrückführung. In einer Corex-Anlage beispielsweise, mit der Stahl produziert wird, kommt oben Erzgranulat hinein. Im Ofen reißt dann das aufsteigende Gas Partikel mit. In diesem feinen Staub sind metallische Anteile. Die will man recyceln. Es geht also nicht nur um die Umweltbelastung, wenn die Stäube herauskommen. Außerdem besteht das Granulat, das in den Ofen kommt, aus unterschiedlich großen Partikeln. Beim Einfüllen entmischen sich diese und reagieren unterschiedlich mit dem Gas. Unsere Modelle helfen, diese ungewünschte Entmischung zu erklären. Das ist wie beim Müsli: Wenn man das umrührt, sind die kleinen, schweren Nüsse eher unten, die Flocken eher oben.

STANDARD: Das heißt, partikuläre Strömungen findet man nicht nur in der Industrie?

Pirker: Das Doppler-Labor wurde mit dem metallurgischen Hintergrund der aktuellen Industriepartner gestartet, das Thema ist aber viel breiter. Bei partikulären Strömungen ist es egal, ob die Partikel Erzstaub oder Eiskristalle sind. Ich sehe das Labor als offenen akademischen Partner für Anwendungen auf diesem Gebiet.

STANDARD: Für welche zum Beispiel?

Pirker: Etwa bei der Blutströmung - da habe ich mit dem AKH Wien zusammengearbeitet. Das Plasma ist dann die Flüssigkeit, und die Blutkörperchen sind die Partikel. Es geht um Blutpumpen, die Patienten vor einer Herztransplantation mit Blut versorgen. Die Blutkörperchen können in der Pumpe zerstört werden, diese sollte Blut jedoch schonend transportieren. Eine andere Anwendung findet sich bei Sand, der sich am Flussboden bewegt. Auch das sind partikuläre Strömungen. Da kann man die Versandung von Flusskraftwerken untersuchen. Ein Doktorand von mir analysiert Schneebewegungen bei der Luftströmung über dem Grimming. Die Partikel sind dann die Schneekristalle. Da kann man feststellen, wie groß bei einem bestimmten Wetter und Niederschlag die Schneemenge in gewissen Hanglagen ist. So lässt sich die Lawinengefahr abschätzen. Was wir bei den metallurgischen Strömungen untersuchen, gilt zum großen Teil auch für andere Strömungen.

STANDARD: Was müssen Sie bei der Erstellung der Modelle beachten?

Pirker: Man beschreibt Strömungsvorgänge durch physikalische Grundgesetze. Manche davon stammen sogar aus dem 19.Jahrhundert. Die Gleichungen sind aber so komplex, dass sie schwierig zu lösen sind - auch mit heutigen Rechnerkapazitäten. Für einzelne strömende Stoffe gibt es etablierte Näherungsverfahren, aber noch nicht für partikuläre Strömungen.

STANDARD: Worin liegt die Komplexität?

Pirker: Für einzelne Partikel kann man die Bewegungsbahnen recht gut beschreiben. Wenn man die Wechselwirkungen zwischen mehreren Partikeln berücksichtigen will, wird es schnell sehr kompliziert. Man müsste die Position von allen Millionen oder Milliarden Partikeln kennen und wissen, welches gerade mit welchem zusammenstößt. Das ist natürlich unmöglich. Hier treiben wir die mathematische Modellierung voran, um das besser beschreiben zu können. Es gibt schon viele Modelle - wir haben bereits einen Bauchladen voll davon - aber bisher haben nur wenige Arbeitsgruppen diese Modelle kombiniert, um zu einem wirklich effizienteren Ergebnis zu kommen.

STANDARD: Lässt sich Ihre Forschung auch in anderen Industrien einsetzen?

Pirker: Ja, ich habe seit Jahresbeginn bereits Anfragen von Zement-, Kunststoff-, Werkstoff- und Baufirmen gehabt. Jede Industrie, die mit Stäuben zu tun hat, kann das nutzen. Aber derzeit gehe ich mit diesen Anfragen restriktiv um, weil das Christian-Doppler-Labor zunächst auf die Beine kommen muss. Es ist ohnehin sehr schwer, Mitarbeiter zu finden.

STANDARD: Warum?

Pirker: Es bewerben sich nur wenige für eine ausgeschriebene Stelle, weil die Nachfrage nach Physikern, Mathematikern oder Mechatronikern derzeit sehr groß ist. Es ist auch ein kritischer Faktor, junge Forscher und Dissertanten für das Thema zu begeistern.(DER STANDARD, Printausgabe, 11.3.2008)

Zur Person
Stefan Pirker (36) studierte Mechatronik in Linz. Danach forschte er an der Johannes-Kepler-Universität am Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung. Seit Jahresanfang leitet er dort das neue Christian-Doppler-Labor für die Modellierung partikulärer Strömungen.

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